[实用新型]高温电场辅助离子交换装置

说明书

本实用新型属于高温电场辅助离子交换装置的改进。

电场辅助离子交换技术是目前制作光波导、光集成器件和微小光学器件的重要技术之一。该技术是在极性离子热扩散的基础上，加上电场，使熔盐和玻璃中的极性离子沿场强方向定向移动，从而提高极性离子迁移率，缩短离子交换时间。电场辅助离子交换过程是，熔盐中的极性离子在场强作用下从玻璃一个表面进入，玻璃中的极性离子从另一表面逸出。现有的方法有坩埚法和横向法，坩埚法是将一段玻璃（或陶瓷）园管的一端用高温薄膜粘接在基板的非交换面上，形成玻璃（或陶瓷）杯，杯内盛熔盐，再将杯体放入盛有熔盐的坩埚中，杯外和杯内的熔盐分别连正、负极。横向法是采用两个同样形状的玻璃（或陶瓷）杯，开口端用高温薄膜分别粘在基板两边，杯中盛有熔盐，基板两边熔盐分别连正、负电极，再将其放入交换炉中。两种方法交换结束后，采用熔解办法将基片从粘接处取下，由于都采用了高温粘接薄膜，此种薄膜只能耐温350℃左右，在这样的温度下，一些熔盐不能熔化，因而限制了一些熔盐的使用；此外，基板采用高温薄膜粘接，要去掉粘接的技术复杂，而且易损坏基板；漏电流影响严重，工艺复杂，批量生产困难。

本实用新型的目的在于不采用粘结技术，而通过改变基板和熔盐盛器结构的办法，提出一种新的装置，使之具有操作简便、基板安装和取下容易，不损坏基板，熔盐的使用范围宽，不存在漏电流干扰等优点。

附图1为本实用新型所设计的高温电场辅助离子交换装置结构示意图。图中1为交换炉，2为基板，3为熔盐盛器，4为电极通道，5为负极，6为正极。

本实用新型的特征在于，离子交换装置是由交换炉、凹形基板，带电极通道的熔盐盛器和正、负电极组成，在基板的另一面有一定宽度和一定深度的环形槽，使盛器口恰好能紧密地卡在基板的环形槽内。所以环形槽的尺寸和盛器口的尺寸须很好配合，盛器中的熔盐与（铂）正极相连，经过通道引出，基板上凹部内的熔盐接（铂）负极，再将整体置于交换炉中，就可进行离子交换实验。

本实用新型不采用高温薄膜粘接，离子交换温度完全由玻璃基板的软化温度决定，因此，可以高于500℃。原来受限制的一些熔盐，如AgCl、CsCl、CsNO3、Tl2SO4，现在就能很好地使用。本发明操作简便，基板安装和取下容易。在操作过程中由于两种熔盐完全隔开，不存在漏电流干扰，盛器中的熔盐由于处于密闭环境，可使用易挥发熔盐。

实施例：

采用带咀的石英坩埚（咀为电极通道）做为熔盐盛器，成功地制作了掩埋式梯折形玻璃光波导。具体工艺分两步进行。第一步：为了用极化率大的银离子（极化率为5.2）取代玻璃基板中极化率小的钠离子（0.41），以便在离子交换窗口处形成大的折射率差。将经光刻工艺处理后的基板窗口表面放入熔盐AgNO3中，并与正极相连，负极熔盐可采用KNO3，离子交换温度510℃，外加直流电压36伏／毫米，离子交换时间45分钟。结果在基板窗口下玻璃中就形成一个中心折射率最大的半园柱状的离子交换区域即折射率分布区域。第二步：将第一步处理的玻璃基板去掉掩膜后再放入有较小（但大于钠离子）极化率的钾离子（极化率为1.33）熔盐KNO3中，基板凹部的熔盐仍用KNO3，在36伏／毫米直流电压下，经过20分钟离子交换取出。由于在电场作用下高折射率中心向玻璃基板内部移动，基板表面的折射率降低，从而形成一个准园柱状的离子交换区域，这就是光波导区域，这个区域在玻璃基板中，好象一根自聚焦纤维深埋在玻璃基板中一样，这种波导称之为掩埋式、梯折型玻璃光波导。采用薄片干涉法测量了这种光波导的横向折射率分布，测得最大折射率差△＝0.035，最大数值孔径NA＝0.33，波导深度290μm，椭园度72％。